(57)【要約】【課題】  本発明は、キャリアガスと混合ガスとの温度差に影響されずに前記混合ガス中のソースガス濃度を正確に測定すること、正確なソースガス濃度の混合ガスを提供すること等を課題とする。【解決手段】  本発明に係る混合ガスの製造方法は、ガス混合器内でソースガスにキャリアガスを混合して混合ガスを製造する混合ガスの製造方法であって、前記キャリアガスの温度および前記混合ガスの温度をそれぞれ測定して、前記キャリアガスの温度と前記混合ガスの温度とを一致させ、前記混合ガスの熱伝導率と前記キャリアガスの熱伝導率とから前記混合ガス中のソースガス濃度を求め、前記ソースガス濃度をモニタする。この混合ガスの製造方法では、前記ソースガス濃度または前記ソースガスの実流量が所定の値となるように、前記ガス混合器に供給する前記ソースガスの流量または前記キャリアガスの流量を調整するのが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス混合器内でソースガスにキャリアガスを混合して混合ガスを製造する混合ガスの製造方法であって、前記キャリアガスの温度および前記混合ガスの温度をそれぞれ測定して、前記キャリアガスの温度と前記混合ガスの温度とを一致させ、前記混合ガスの熱伝導率と前記キャリアガスの熱伝導率とから前記混合ガス中のソースガス濃度を求め、前記ソースガス濃度をモニタする混合ガスの製造方法。
【請求項２】
前記ソースガス濃度が所定の値となるように、前記ガス混合器に供給する前記ソースガスの流量または前記キャリアガスの流量を調整する請求項１に記載の混合ガスの製造方法。
【請求項３】
前記ガス混合器から単位時間あたりに送り出される前記ソースガスの量が所定の値となるように、前記ガス混合器に供給する前記ソースガスの流量または前記キャリアガスの流量を調整する請求項１または２に記載の混合ガスの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の混合ガスの製造方法におけるソースガスをガラス原料ガスとして、前記ガラス原料ガスとキャリアガスとの混合ガスからガラスを製造するガラスの製造方法。
【請求項５】
前記混合ガスからガラス微粒子を生成し、前記ガラス微粒子を基板に堆積させ、さらに前記ガラス微粒子を透明化してガラスとする請求項４に記載のガラスの製造方法。
【請求項６】
ソースガスとキャリアガスとを混合して混合ガスを製造する混合ガスの製造装置であって、前記ソースガスと前記キャリアガスとを混合するガス混合器を有し、前記ガス混合器につながれたキャリアガス配管にキャリアガス温度測定手段およびキャリアガス温度調整手段を有し、前記ガス混合器につながれた混合ガス配管に混合ガス温度測定手段および混合ガス温度調整手段を有し、前記キャリアガス配管および前記混合ガス配管にソースガス濃度センサを有し、ならびに前記キャリアガス温度測定手段および前記混合ガス温度測定手段からの信号により前記キャリアガス温度調整手段および／または前記混合ガス温度調整手段における温度を制御する温度制御部を有する混合ガスの製造装置。
【請求項７】
前記ガス混合器につながれたソースガス配管に配置されたソースガス流量調整手段または前記キャリアガス配管に配置されたキャリアガス流量調整手段を有し、さらに前記ソースガス濃度センサからの信号により前記ソースガス流量調整手段および／または前記キャリアガス流量調整手段における流量を制御する流量制御部を有する請求項６に記載の混合ガスの製造装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の混合ガス製造装置を有し、前記ソースガスがガラス原料ガスであり、前記混合ガスからガラスを生成するガラス生成手段をさらに有するガラスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は混合ガスの製造方法及び製造装置に関する。また、前記混合ガスの製造方法を利用したガラスの製造方法および前記混合ガス製造装置を利用したガラス製造装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス原料ガスとキャリアガスとを混合して混合ガスとしてバーナに供給し、前記バーナにおいて加水分解してガラス微粒子を発生させて前記ガラス微粒子を種棒上に堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法が特許文献１に開示されている。特許文献１においては検知された大気圧の変動値からキャリアガスの流量を補正し、かつ混合ガスに前記キャリアガスと同一成分のガスを大気圧の変動に応じた流量を加えて混合気体中のキャリアガス成分の流量を一定に保つことが開示されている。
【０００３】
また、試料ガスとリファレンスガスの熱伝導率をそれぞれ測定し、前記試料ガスの熱伝導率と前記リファレンスガスの熱伝導率の差から試料ガスの濃度を求める方法が特許文献２に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２５９２３９号公報
【特許文献２】特開２０００−２１４１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に記載されたような気体の熱伝導率を測定してその気体の各成文の濃度を求める方法を、ガラス原料ガスのようなソースガスとキャリアガスとを混合させた混合ガス中のソースガスの濃度を測定することに適用すると、前記混合ガスの熱伝導率と前記キャリアガスの熱伝導率を測定して、それから前記混合ガス中の前記ソースガスの濃度を求めることになる。図７に示すように、ガス混合器３にソースガス配管１からソースガスを供給し、キャリアガス配管２からキャリアガスを供給する。ガス混合器３内で混合された混合ガスは混合ガス配管４から送り出される。キャリアガス配管２と混合ガス配管４にそれぞれセンサ４１を設置し、それらを検出器４２に電気的に接続する。気体の熱伝導率の変化がセンサ４１の抵抗値の変化として検出器４２で検知される。その信号が検出器４２と電気的に接続された演算機４３に送られる。演算機４３にて混合ガスの熱伝導率の変化が計算され、あらかじめ求められている混合ガスの熱伝導率と濃度との関係から混合ガス中のソースガス濃度が演算される。
【０００６】
気体の熱伝導率は当該気体の温度により変化する。図７に示すような機構では、キャリアガス配管と混合ガス配管は別となっておりキャリアガスと混合ガスの温度は必ずしも一致せず、単に両者の熱伝導率を測定するだけでは演算機で演算される混合ガス中のソースガス濃度またはソースガスとキャリアガスの混合比が両者の温度差により実際の値から乖離してしまうという問題がある。
前記ソースガスをガラス原料ガスとしてガラスや半導体を製造する場合にガラス原料ガスの濃度が正確でないと、製造されるガラスの量が所定の量と異なることになる。またガラスの製造中に実流量が変動してしまうと均質なガラスや半導体の製造ができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、キャリアガスと混合ガスとの温度差に影響されずに前記混合ガス中のソースガス濃度を正確に測定することを課題とする。
また、正確なソースガス濃度の混合ガスを提供することを第二の課題とする。
また、ガス混合器から単位時間あたりに送り出される混合ガス中のソースガスの量が変動しない混合ガスの製造方法を提供することを第三の課題とする。ガスの流量（ｌ／ｓ）にそのガスの濃度（ｍｏｌ／ｌ）を掛けたものを以下では実流量（ｍｏｌ／ｓ）という。実流量は単位時間にガス混合器がから送り出されるソースガスの量を表す単位である。
また、ソースガスをガラス原料ガスとしたときに、前記混合ガス中のガラス原料ガスの実流量を正確かつ変動のないものとして、前記ガラス原料ガスから均質なガラスを製造することを第四の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る混合ガスの製造方法は、ガス混合器内でソースガスにキャリアガスを混合して混合ガスを製造する混合ガスの製造方法である。この混合ガスの製造方法では、前記キャリアガスの温度および前記混合ガスの温度をそれぞれ測定して、前記キャリアガスの温度と前記混合ガスの温度とを一致させ、前記混合ガスの熱伝導率と前記キャリアガスの熱伝導率とから前記混合ガス中のソースガス濃度を求め、前記ソースガス濃度をモニタする。ここで、前記キャリアガスの温度と前記混合ガスの温度を一致させるとは、両者の温度にわずかな差がある場合を含む。その温度差は１℃以内であることが好ましい。
【０００９】
前述の混合ガスの製造方法では、前記混合ガス中のソースガス濃度が所定の値となるように、前記ガス混合器に供給する前記ソースガスの流量または前記キャリアガスの流量を調整するのが好ましい。
あるいは、前記ガス混合器から単位時間あたりに送り出される前記ソースガスの量、すなわち混合ガス中のソースガスの実流量が所定の値となるように、前記ガス混合器に供給する前記ソースガスの流量または前記キャリアガスの流量を調整するのが好ましい。
【００１０】
本発明に係るガラスの製造方法は、前述の混合ガスの製造方法におけるソースガスをガラス原料ガスとして、前記ガラス原料ガスとキャリアガスとの混合ガスからガラスを製造するガラスの製造方法である。このガラスの製造方法では、前記ソースガスの実流量が所定の値となるように、前記ガス混合器に供給する前記ガラス原料ガスの流量または前記キャリアガスの流量を調整するのが好ましい。
【００１１】
前述のガラスの製造方法は、前記混合ガスからガラス微粒子を生成し、前記ガラス微粒子を基板に堆積させ、さらに前記ガラス微粒子を透明化してガラスを製造するガラスの製造方法を含む。
【００１２】
本発明に係る混合ガスの製造装置は、ソースガスとキャリアガスとを混合して混合ガスを製造する混合ガスの製造装置であって、前記ソースガスと前記キャリアガスとを混合するガス混合器を有し、前記ガス混合器につながれたキャリアガス配管にキャリアガス温度測定手段およびキャリアガス温度調整手段を有し、前記ガス混合器につながれた混合ガス配管に混合ガス温度測定手段および混合ガス温度調整手段を有し、前記キャリアガス配管および前記混合ガス配管にソースガス濃度センサを有し、ならびに前記キャリアガス温度測定手段および前記混合ガス温度測定手段からの信号により前記キャリアガス温度調整手段および／または前記混合ガス温度調整手段における温度を制御する温度制御部を有する装置である。
【００１３】
前述の混合ガスの製造装置では、前記ガス混合器につながれたソースガス配管に配置されたソースガス流量調整手段または前記キャリアガス配管に配置されたキャリアガス流量調整手段を有し、さらに前記ソースガス濃度センサからの信号により前記ソースガス流量調整手段および／または前記キャリアガス流量調整手段における流量を制御する流量制御部を有するのが好ましい。
【００１４】
本発明に係るガラスの製造装置は、前述の混合ガス製造装置を有し、前記ソースガスがガラス原料ガスであり、前記混合ガスからガラスを生成するガラス生成手段をさらに有する装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の混合ガスの製造方法または製造装置によれば、キャリアガスと混合ガスの温度差が生じないので両者の熱伝導率から混合ガス中のソースガス濃度が正確に求まる。
また、正確なソースガス濃度に基づいてキャリアガスの流量および／またはソースガスの流量を制御して正確なソースガス濃度の混合ガスを供給することができる。
また、正確なソースガス濃度に基づいてキャリアガスの流量および／またはソースガスの流量を制御して、混合ガス中のソースガスの実流量が変動しない混合ガスの製造方法を提供することができる。
【００１６】
本発明のガラスの製造方法または製造装置によれば、混合ガス中のガラス原料ガスの実流量が正確であり、かつ変動することがない。したがって、本発明のガラスの製造方法または製造装置により均質なガラスまたは設計通りの構造のガラスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に示すように、ソースガス配管１とキャリアガス配管２とがガス混合器３ａにつなげられる。ソースガス配管１とキャリアガス配管２にはそれぞれ流量調整器５ａ、５ｂが設けられる。ソースガス配管１とキャリアガス配管２は図示しないソースガス供給源、キャリアガス供給源にそれぞれつなげられる。
ガス混合器３ａからは混合ガス配管４が延びている。
流量調整器５ａ、５ｂは制御部６の流量制御部７に電気的に接続される。流量制御部７からの指令により、流量調整器５ａはソースガス配管１を通ってソースガス供給源からガス混合器３ａに供給されるソースガスの流量を調整し、流量調整器５ｂはキャリアガス配管２を通ってキャリアガス供給源からガス混合器３ａに供給されるキャリアガスの流量を調整する。
ガス混合器３ａに供給されたソースガスとキャリアガスはガス混合器３内で混合されて混合ガスとなり混合ガス配管４から送り出され、図示しないソースガス消費部に供給される。
【００１８】
キャリアガス配管２と混合ガス配管４にはソースガス濃度センサ１０が設けられている。ソースガス濃度センサはプローブ１０ａとセンサ本体１０ｂとからなる。各配管に設けられるのはプローブ１０ａであり、測温抵抗体が例示できる。
ソースガス濃度センサ１０の構成を図２に例示する。プローブである測温抵抗体１１ａ、１１ｂは抵抗Ｒ１、Ｒ２と組み合わされてホイートストンブリッジが組まれ、電源１２が接続されている。電源１２は定電圧電源または定電流電源である。測温抵抗体１１ａと抵抗Ｒ１との接続点の電圧は比較器１３の非反転入力へ与えられる。測温抵抗体１１ｂと抵抗Ｒ２との接続点の電圧は比較器１３の反転入力へ与えられる。測温抵抗体１１ａ、１１ｂはそれぞれキャリアガス、混合ガスによってその熱伝導率に比例した熱を奪われて抵抗値が変化する。測温抵抗体１１ａと１１ｂとの抵抗値の差が比較器１３で不平衡電圧ΔＶとして検知される。これは、混合ガスとキャリアガスの熱伝導率の差に比例した抵抗値変化を示す。比較器１３は演算部１４に電気的に接続され、比較器１３で検知された不平衡電圧ΔＶは演算部１４に電気信号として伝えられる。
【００１９】
予め、ソースガスの濃度が既知である混合ガスとキャリアガスとの不平衡電圧をソースガス濃度センサ１０で測定し、ΔＶとソースガス濃度との関係を求め、その関係を演算部１４に記憶させておく。
比較器１３で検知される不平衡電圧ΔＶが演算部１４に伝えられると、演算部１４に記憶させた前記のΔＶとソースガス濃度との関係からソースガス濃度が演算される。
図１では、抵抗Ｒ１、Ｒ２、電源１２、比較器１３、演算部１４はセンサ本体１０ｂに含まれるものとして表している。
【００２０】
キャリアガス配管２と混合ガス配管４とにはそれぞれ温度センサ８ａ、８ｂが設けられている。温度センサ８ａ、８ｂは制御部６の温度制御部９に電気的に接続されている。温度センサ８ａ、８ｂは温度依存性抵抗を例示できる。その抵抗値とガスの温度との関係を予め求めて温度制御部９に記憶させておく。温度センサ８ａ、８ｂからそれらの抵抗値の信号が温度制御部９に伝えられると、前記の抵抗値とガス温度との関係から温度が演算される。
【００２１】
気体の熱伝導率は温度によって変化するので、測温抵抗体をガス濃度センサとして用いて混合ガス中のソースガスの濃度を求めたとしても、キャリアガスと混合ガスの温度が一致していなければ、その値は正確なものではない。本発明ではキャリアガス配管、混合ガス配管それぞれに温度調整手段であるヒータ１５ａ、１５ｂを設けて、それぞれに電源１６ａ、１６ｂから電流を流してそれらのヒータを加熱できる構成とする。ヒータは配管の外または中いずれに設けてもよい。温度センサ８ａ、８ｂによって測定された温度が一致するように、温度制御部９から電源１６ａ、１６ｂに指令が出され、ヒータ１５ａおよび／またはヒータ１５ｂに供給される電流値を変化させる。これによりヒータ１５ａおよび／またはヒータ１５ｂの発熱量が変化してキャリアガスと混合ガスの温度が一致する。電源１６ａ、１６ｂは可変電圧電源としてそれが供給する電流を変化させることが可能なものとする。あるいは、電源とヒータ間に可変抵抗を入れ、温度制御部からの指令が前記可変抵抗に伝えられてその抵抗値を変化させ、ヒータに流れる電流を変化させることとしてもよい。温度調整手段には、クーラーも使用可能であり、比較的高温のガスをその配管が結露しない程度の温度に冷やして、キャリアガス温度と混合ガス温度とを一致させることもできる。ヒータとクーラの両方を各配管に設け各ガスの温度を調整してもよい。
【００２２】
前述のように、キャリアガスの温度と混合ガスの温度とを一致させてそれぞれのガスの熱伝導率から混合ガス中のソースガスの濃度ｃ１が正確に求まる。
ガス混合器内での圧力変動が十分小さい場合、混合ガスの流量を近似的にソースガスの流量Ｑ１とキャリアガスの流量Ｑ２の和と考え、混合ガス中のソースガスの実流量Ａを、ｃ１×（Ｑ１＋Ｑ２）として求めることができる。本発明では、ｃ１が正確な値であるのでＱｓも正確な値である。演算部１４で、前記Ａが一定の値となるようにｃ１の値からＱ１およびはＱ２の値を求める。演算されたソースガス濃度ｃ１が所定の値であれば流量調整器５ａ、５ｂを流れるガスの流量Ｑ１、Ｑ２はそのままとする。演算されたソースガス濃度が所定の値からずれていれば、所定の値とするためのソースガス流量Ｑ１とキャリアガス流量Ｑ２が演算され、その値が流量制御部７に伝えられる。各配管１、２に設けられた流量調整器５ａ、５ｂに流量制御部７から指令が出され、ガス混合器３に供給されるキャリアガスおよび／またはソースガスの流量が調整される。その結果混合ガス中のソースガス濃度が正確に保たれる。ソースガス濃度を保つには、ソースガスまたはキャリアガスいずれか一方のガスの流量を変化させることも両方のガスの流量を変化させることも可能である。
【００２３】
混合ガス配管４には流量調整器５ｃを設けて、混合ガス中のソースガス流量が一定となるように混合ガスの流量Ｑ３を調整することもできる。この場合は混合ガス中のソースガス濃度ｃ１とＱ３の積が混合ガス中のソースガス実流量Ａである。本発明では、混合ガス中のソースガス濃度が正確に求まるので、混合ガスを構成するソースガスとキャリアガスの混合比が正確に求まる。これから、流量調整器を流れる混合ガスの実際の流量と当該流量調整器が測定する流量との変換係数が求まる。一般的に流量調整器においては混合ガスの流量を正確に測定することはできないが、本発明においてはこの変換係数を用いて、流量調整器により混合ガスの流量を正確に制御することができる。前記変換係数をあらかじめ求めておき、前記変換係数を掛けた値を流量調整器５ｃに流量制御部７から与える。
【００２４】
ソースガスの濃度ｃ１が一定となるようにソースガス流量Ｑ１および／またはキャリアガス流量Ｑ２を調整し、かつ流量調整器５ｃにより一定の流量の混合ガスを送り出すことにより、最も安定して一定の実流量のソースガスをソースガス消費部へ供給することができる。
【００２５】
キャリアガスの温度と混合ガスの温度を一致させるには、いずれか一方のガスの配管にヒータを設けて一方のガスのみ加熱するのでもよいが、それぞれのガスの配管にヒータを設けて温度の低い方を加熱するのでもよく、両者を加熱して同温度とするのでもよい。あるいは、クーラを設けて温度の高い方を冷却するのでもよく、両者を冷却して同温度とするのでもよい。ただし、混合ガスの温度を変えると、その蒸気圧が変わり、混合ガス中のソースガスの実流量が変化してしまう。混合ガス中のソースガスの実流量を一定にするときは、混合ガスの温度を変えないでキャリアガスの温度を混合ガスと一致させるように調整するのが、応答性よく混合ガス中のソースガスの実流量を制御できる点で好ましい。図１の場合でいうと温度センサ８ｂで測定される温度が一定となるようにヒータ１６ｂの温度を制御し、温度センサ８ａで測定される温度が温度センサ８ｂで測定される温度と一致するようにヒータ１６ａの温度を制御する。
【００２６】
ソースガス濃度センサが配置される箇所のキャリアガスの温度および混合ガスの温度を一致させることで最も正確なソースガス濃度が求まる。これを実現するには、キャリアガス配管２ではプローブ１０ａに隣接させて温度センサ８ａおよびヒータ１５ａを配置し、混合ガス配管でも同様に、プローブ１０ａに隣接させて温度センサ８ｂおよびヒータ１５ｂを配置する。この構成により測温抵抗体１１ａおよび／または１１ｂがある箇所のガスの温度を所定の温度としてソースガス濃度センサが配置される箇所のキャリアガス温度と混合ガス温度を一致させて前記濃度センサの測定誤差をなくし、最も正確なソースガス濃度を得ることができる。
【００２７】
図３または図４に示すようにソースガスがガス混合器内で発生する場合も本発明に含まれる。図３ではソース液がソース液配管２１からガス混合器３ｂに供給されてガス混合器内で気化してソースガスとなり、ここにキャリアガスが供給されて混合ガスとなる。このとき、図２に示すようにキャリアガス配管の先端がソース液２２に漬けられて、キャリアガスがソース液に吹き込まれるいわゆるバブリング方式であると混合ガス中のソースガス濃度が安定し易い。
ソースガス濃度の求め方や各ガスの温度制御は図１の例について説明したのと同様である。
【００２８】
バブリング方式では、混合ガス中のソースガス濃度の調整は、キャリアガス流量の調整によって行う。温度センサ８ａ、８ｂでキャリアガス配管２および混合ガス配管４の温度を測定し、両者の温度が一致するように温度制御部９からヒータ１５ａ、１５ｂに指令を出して両者の温度を一致させる。比較基１３で検出される不平衡電圧ΔＶから演算部１４で混合ガス中のソースガス濃度ｃ１を求める。
混合ガス配管４を流れる混合ガスの流量Ｑ３はキャリアガス配管２を流れるキャリアガスの流量Ｑ２とほぼ等しいので、ソースガス濃度ｃ１とキャリアガス流量Ｑ２の積が一定の値となるように、キャリアガス配管２に設けられた流量調整器５ｂに流量制御部７から指令を出し、キャリアガスの流量を調整する。
混合ガス配管に流量調整器５ｃを設けて、混合ガスの流量Ｑ３を調整する場合は、Ｑ３を一定の値とし、かつソースガス濃度ｃ１が一定の値となるようにキャリアガス流量Ｑ２を調整する安定した制御ができる。
【００２９】
図４に示すように、ガス混合器３ｃにソース液を滴下し、瞬時に気化させる方式としてもよい。ヒータ３０によりガス混合器３ｃを加熱し、ソース液が瞬時に気化する温度とする。ソース液配管２１からガス混合器３ｃに供給するソース液の量はソース液配管２１に設けた流量調整器２５で調整する。
混合ガス中のソースガス濃度を調整するには、ソース液の滴下量および／またはキャリアガスの流量を調整することによってなされる。ただし、ソース液の滴下量を変化させるとソースガスの流量が大きく変わってしまいソースガス濃度細かな調整は困難である。したがってソース液の滴下量を一定としてキャリアガス流量を変化させて混合ガス中のソースガス濃度を調整することが好ましい。
【００３０】
図４の場合も、バブリング方式と同様に、混合ガス配管４を流れる混合ガスの流量Ｑ３はキャリアガス配管２を流れるキャリアガスの流量Ｑ２とほぼ等しいので、ソースガス濃度ｃ１とキャリアガス流量Ｑ２の積が一定の値となるように、キャリアガス配管２に設けられた流量調整器５ｂに流量制御部７から指令を出し、キャリアガスの流量Ｑ２を調整する。
混合ガス配管に流量調整器５ｃを設けて、混合ガスの流量Ｑ３を調整する場合は、Ｑ３を一定の値とし、かつソースガス濃度ｃ１が一定の値となるようにキャリアガス流量Ｑ２を調整すると安定した制御ができる。
【００３１】
前述した混合ガスの利用方法として、ソースガスにＳｉＣｌ４などのガラス原料ガス、キャリアガスにＡｒやＨｅなどの不活性ガスやＮ２、Ｏ２などのガスを使用して混合ガスをガラス生成手段に送り出してガラスを製造する方法がある。ガラス生成手段には、バーナやヒータなどの加熱装置があり、これによりガラス原料を酸化させる方法がある。例えば、バーナでガラス原料ガスを加水分解してガラス微粒子を発生させ、そのガラス微粒子を基板に堆積させてさらに加熱して透明化してガラスを製造する方法がある。あるいはガラス原料ガスを含む混合ガスを基板上に供給してバーナやヒータにより加熱して前記ガラス原料ガスを酸化して、前記基板上にガラスを製造する方法がある。
【００３２】
ガラス微粒子を堆積させる方法には、ＯＶＤ法やＶＡＤ法と呼ばれる方法がある。基板に直接ガラスを生成させる方法にはＭＣＶＤ法やＰＣＶＤ法と呼ばれる方法がある。いずれの場合も、基板にガラス微粒子またはガラスを長さ方向に付けていくので、途中で混合ガス中のガラス原料ガスの濃度または実流量が変化すると製造されるガラスの厚さが長さ方向で変動してしまう。本発明では、正確なガラス原料ガス濃度または実流量を保つことができるので、製造されるガラスの厚さを長さ方向に所定の厚さとすることができる。シリカガラスにＧｅＯ２やＰ２Ｏ５等の添加剤を添加してガラスの屈折率を調整する場合、本発明のガラスの製造方法によれば添加剤の原料ガス濃度または実流量が変動せず、製造されるガラスの屈折率プロファイルが設計通りとなる。
【００３３】
キャリアガスの温度を混合ガスの温度に一致させるように調整すると、混合ガスの温度を変化させずにすむので、混合ガスの蒸気圧が変化しない。この状態で、混合ガス流量を一定とし、キャリアガス流量の調整により混合ガス中のソースガス濃度を一定とすることが安定した制御が可能な方法であり、ガラス原料ガスの実流量の制御応答性もよい。
【００３４】
図５には、ＯＶＤ法によりガラス微粒子堆積体を製造する例を示す。ガス混合器３ｂから送り出されたガラス原料ガスを含む混合ガスは流量調整器５ｃによりバーナ３１に供給される。バーナ３１には別の経路から燃焼ガスである水素と助燃ガスである酸素が供給され、酸水素火炎が生成される。この火炎中にガラス原料ガスが供給されると加水分解反応が起こりガラス微粒子が生成する。ガラス微粒子は火炎噴流により飛ばされて基板３２に到達し、基板３２に堆積する。バーナ３１と基板３２とを相対的に移動させ、基板３２上にガラス微粒子を層状に堆積させガラス微粒子層３３を得る。図５中の矢印は基板を矢印の方向に往復移動させることを示し、それにより複数のガラス微粒子層が堆積される。基板３２が棒状であれば、棒状の基板を回転させることにより、円筒状のガラス微粒子堆積体を得る。
【００３５】
温度センサ８ａでアルゴンや窒素などのキャリアガスの温度を測定する。温度センサ８ｂで混合ガスの温度を測定する。測定された温度は制御部６に伝えられる。キャリアガスおよび混合ガスの温度を所定の温度Ｔｋになるように、測定温度を電源１６ａ、１６ｂの電圧にフィードバックする指令を制御部６から電源１６ａ、１６ｂに与えてヒータ１５ａ、１５ｂの発熱量をそれぞれ調整し、キャリアガス温度および混合ガス温度をＴｋとする。
流量調整器５ｃにより混合ガスを一定の流量Ｑｋでバーナ３１に供給する。
ソースガス濃度センサ１０で混合ガス中のガラス原料ガス濃度を測定し、その値が制御部６に伝えられる。ガラス原料ガス濃度が所定の値ｃｋになるように、測定濃度をキャリアガス流量にフィードバックする指令を制御部６から流量調整器５ｂに与えてキャリアガスの流量を調整してガラス原料ガス濃度をｃｋとする。
こうして、混合ガスの温度および流量ならびにガラス原料ガス濃度が一定値に保たれることにより、バーナに供給されるガラス原料ガスの実流量が一定となり、均一な厚さのガラス微粒子層３３が基板３２に形成される。
前述の場合に、ソースガス濃度センサ１０は図２に示す構成とすることができ、制御部６は図１に示す構成とすることができる。
【００３６】
所定の層数のガラス微粒子層が堆積した形成されたガラス微粒子堆積体を１６００℃程度に加熱して透明化してガラス体を得る。
【００３７】
図６にはＭＣＶＤ法により基板であるガラス管内にガラス層を形成する例を示す。ガス混合器３ｂから送り出されたガラス原料ガスを含む混合ガスは流量調整器５ｃにより所定の流量でガラス管３４内に供給される。ガラス管３４内には酸素も供給される。キャリアガスを酸素としてもよい。ガラス管３４の外側の熱源３５をガラス管３４の長さ方向にそってガラス管３４と相対的に移動させてガラス管３４を１９００℃程度に加熱することによりガラス原料ガスが酸化されてガラス管内面にガラス層３６が生成される。熱源３５とガラス管３４の相対移動を繰り返してガラス管３４内にガラス層３６を所定の層数積層させたガラス体を得る。ガラス管に堆積しなかったガラス微粒子や反応しなかった酸素等は排気管３７から排気される。熱源にはバーナやヒータを使用することができる。
各ガスの温度制御、各ガスの流量制御およびガラス原料ガス濃度の制御は図５で説明したのと同様に行い、混合ガスの温度および流量ならびにガラス原料ガス濃度が一定値に保たれることにより、ガラス管３４内に供給されるガラス原料ガスの実流量が一定となり、均一な厚さのガラス層３６が形成される。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る混合ガスの製造方法および製造装置ならびにガス流量制御システムは、２種以上のガスを混合させる目的で広く使用可能である。
【００３９】
本発明に係るガラスの製造方法および製造装置は、ガラス製造分野で使用可能である。光ファイバ母材用のガラスを製造する場合は正確な屈折率プロファイルを実現することが望まれる。本発明は径がガラス原料ガスの実流量を一定とするので均一な厚さのガラス層を形成することができ正確な屈折率プロファイルの光ファイバを製造することができ、光ファイバ母材の製造に適している。他に、波長セレクタ、ＡＷＧ、スプリッタ等の平面導波路の製造にも適している。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明によりソースガスとキャリアガスから混合ガスを製造する一形態を示す図である。
【図２】ソースガス濃度センサの一形態を示す図である。
【図３】ソースガスとキャリアガスから混合ガスを製造する別の形態を示す図である。
【図４】ソースガスとキャリアガスから混合ガスを製造する別の形態を示す図である。
【図５】本発明によりガラスを製造する一形態を示す図である。
【図６】本発明によりガラスを製造する別の形態を示す図である。
【図７】混合ガス中のソースガス濃度を測定する従来の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    ソースガス配管
２    キャリアガス配管
３ａ、３ｂ、３ｃ    ガス混合器
４    混合ガス配管
５ａ、５ｂ、５ｃ    流量調整器
６    制御部
７    流量制御部
８ａ、８ｂ    温度センサ
９    温度制御部
１０  ソースガス濃度センサ
１０ａ  プローブ
１０ｂ  センサ本体
１１ａ、１１ｂ  測温抵抗体
１２  電源
１３  比較器
１４  演算部
１５ａ、１５ｂ  ヒータ
１６ａ、１６ｂ  電源
２１  ソース液配管
２２  ソース液
２５  流量調整器
３０  ヒータ
３１  バーナ
３２  基板
３３  ガラス微粒子層
３４  ガラスパイプ
３５  熱源
３６  ガラス層
４１  センサ
４２  検出器
４３  演算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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